自喷采油法
自喷采油法
12
5.气液混合物在垂管中流动的结构
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(1)纯液流 条件: p >pb 特点: 气体处于溶解状态,不作功； ρ 较大, 能耗较大。 (2)泡流 条件: p < pb 特点： 油---连续相， 气---非连续相； 气体举油的作用: 摩擦携带, 所以举油效果很小。 能耗: 重力 摩擦 滑脱
滑脱现象----在混合物向上运动的同时，气泡的速度大于液相 的上升速度，气泡从油中超越而过，这种气体超 越液体的现象称为滑脱现象。 滑脱损失----因滑脱现象而产生的附加压力损失
pt d m q CR n
式中
(2-4)
N、m、C ── 常数 式(2-4)称为油嘴产状公式
q ──产油量，t/d； R ── 油气比，m3/t； d ── 油 嘴 直 径 ， mm；pt ── 油 压 ， MPa；
21
图2－3 嘴流示意图
图2－4 qm与pB /pT的关系曲线
22
式中
pt1、pt2 ── 分别为换油嘴前、后的油压，MPa； d1、d2 ── 换前、换后油嘴的直径，mm。 qo1、qo2 ──分别为换油嘴前、后的产油量，t/d；
例2-4 某井换油嘴前，油嘴直径为6mm，油压为1.96MPa， 求换成直径为7•m的油嘴时，其对应的油压是多少？ m 6 lg 7 解：由式(2-8)得 pt2 1.96 ＝1.8246 MPa 7 lg 6
HL----持液率, 在气液两相流动中，液体所占单位管段容积的份额。
HL
(单位长度内液相容积 p,T )
单位管长容积
AL A
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(2) 滑脱损失
pr m ns
Gm ns qm
采油设备
采油技术设备引言采油是石油工业上游中继钻井之后的工作流程。
在油田开发过程中由于油层自身特点不同，所用的采油方法、采油设备也不同。
而在采油过程中采油设备起到了致关重要的作用。
本文就针对采油设备及相关方面内容进行介绍。
采油法及与之对应的设备一、自喷采油机设备自喷采油：油层物性好、压力高的油井，油气可自喷到地表。
二、自喷原理自喷井的四种流动过程1、渗流：从油层流到井底，流体在多孔介质中渗虑。
如果井底的压力大于油的饱和压力，为单向渗流；如果井底的压力小于油的饱和压力，为多向（混气）渗流。
2、垂直管流：从井底流到井口，流体在油管中上升，一般在油管某断裂处压力已低于油的饱和压力，故属于单项流或多项流。
3、嘴流：通过控制自喷井产量的油嘴，一般流速较高。
4、水平管流：沿地面管线流到转油站，一般为多相管流。
四种流动过程是互相联系、制约的，是一个统一的动力学系统。
对于某一油层，在一定的开采阶段，油层压力稳定于某一数值不变，这时油井压力变大，油井的产量就会减少；油井压力变小，油井的产量就会增加。
可见，在油层渗流阶段，井底压力是阻力，而对于垂直管流阶段，井底压力是把油气举出地面的动力。
井口油管压力对于垂直管流是阻力，而对嘴流是动力。
垂直管流中能量的来源与消耗1、单向垂直管流的能量的来源是井底流动压力，能量消耗在克服井深的液柱压力，及液体从井底流到井口过程中垂直管壁之间的摩擦力。
2、多向垂直管流的能量的来源：1、进入井底的液气所具有的压力（流压）；2、随同油流进入井底的自由气及举升过程中从油中分离出来的天然气所表现的气体膨胀能，能量消耗：1、气体作用于液体上，垂直的推举液体上升，2、气体与液体之间的摩擦作用，携带液体上升。
三、基本设备1、井口设备(1)套管头：在井口装置的下端，作用连接井内各层套管并密封套管间的环形空间。
(2)油管头：装在套管头的上面，包括油管悬挂器和套管四通。
油管悬挂器作用是悬挂油管管柱，密封油管与油层套管间的环形空间；套管四通作用是正反循环洗井，观察套管压力以及通过油套环形空间进行各项作业。
2-2(油井自喷采油)
［
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5 6 7
计算结果如下表：
流压 !! ，# $ % & " 产量 " ，. ／ . / 0 ’ ( ) ) ’ 1 ) ) ’ ) ) ) , ) * + ’ * + ) ) , 2 + ( ( * ) ) ) * ’ 1 3 + , + ) ) * 4 2 ) 4 , ) ) ) ’ * + 4 ,
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式中，" 为受表皮效应而 附 加 的 压 力 降， ! $ ? % < 可由试井求得。! 可定义为理想径向流 @ ! $ ? % < ! " 动（即不存在表皮效应）的井底流动压力。井 底附近地层受到伤害的压力分布如图 * 5 , 5 1 所示。计算时直接将 ! 代入伏格尔公式，即 @ ! " ／ （! ／ ） C * % " "A ! & B # ,$) ! " >
采油工程自喷及气举采油
采油工程自喷及气举采油1. 简介采油工程是指利用各种工程措施将地下的石油资源开采到地面并加以处理的技术与工程。
自喷和气举采油是采油工程中常用的两种方法。
本文将对自喷和气举采油的原理、应用以及优缺点等进行介绍和分析。
2. 自喷采油自喷采油是指利用地下原有的能量将石油推到井口的采油方法。
其原理是通过人工注入压缩空气或其他气体到油层中，产生气体压力使石油从油井中自行流出。
2.1 原理自喷采油的原理基于气体流体动力学。
当气体注入到油层中时，由于压力差，气体会形成气体圈，在注气点周围的石油被压力推动，从油井中流出。
这种方法不仅可以提高石油的产量，还可以减少地面处理设备的使用。
自喷采油广泛应用于含水高、油藏压力低的油田。
通过注气增加油井的压力，提高油井产量。
自喷采油技术广泛应用于陆上和海上油田，尤其在海底油田中更有明显优势，可以减少地表设备的使用和对海洋环境的影响。
2.3 优缺点自喷采油的优点包括：提高产量、节约能源、减少设备成本、减少环境污染等。
缺点包括：需人工控制注气量、注气管道易发生堵塞、对油藏压力依赖较大等。
3. 气举采油气举采油是指通过注入压缩气体到油井中，利用气体的浮力将石油推至井口的采油方法。
与自喷采油不同的是，气举采油是通过气体的浮力来推动石油的上升。
3.1 原理气举采油的原理基于气体浮力和液体静压力之间的平衡。
在油井中注入压缩气体后，气体在井筒中产生浮力，将石油推向井口。
这种方法适用于油层厚度小、黏度大、含水率低的油田。
气举采油广泛应用于粘度高的胶状油藏和凝析油田。
通过注入压缩气体，可以减少石油的粘度，使其更容易被推至井口。
气举采油在油田开发中有着广泛的应用前景。
3.3 优缺点气举采油的优点包括：节约能源、提高产量、减少油井堵塞风险等。
缺点包括：对气体的流量和压力有较高要求、井下设备投资较大、油井产量下降后需要额外措施等。
4. 结论自喷和气举采油是采油工程中的两种常用技术。
自喷采油通过注气增加油藏压力，将石油推至井口；气举采油则通过注入压缩气体，利用浮力将石油推至井口。
自喷采油技术
二、双关分层采油技术套管内下入两根油管柱，分别开采上、下两组油层。
这种分采方法适用于上、下油层地层压力差大或高含水油层和油层油井的分采。
可避免油层的层间干扰。
１．管柱结构如图１－所示，油管柱分为主管和副管两根，主管下至下部油层，并在上下两组油层间用一封隔器分割环形空间，单采下部油层。
连通器用于分隔器未解封前作业施工时，连通封隔器上部主油管与环形空间（上下油层连通），便于泵入压井液压井。
工作筒和堵塞器配套，用于封堵主油管通道，一座封封隔器。
２．双管采油树结构见图１－３．技术要求（１）双管分层采油适用于油层性质差异大，二基本上可以分为两大层段的油井，可彻底解决两层段间的干扰和矛盾，充分发挥各层段的潜力，大幅度提高采油速度。
（２）双管分层作业施工较复杂，井口起下管柱时需使用双管吊卡，当压井液压井失效而发生井喷时，需要使用双管并联器。
三、油套管分采１．油套管简易分采用封隔器将上、下油层分开，上层由套管生产，下层由油管生产，如图１－所示。
此种分采方法适用于上层地层能量大于下层地层能量的自喷井。
２．油套管互换分采用两个封隔器，上部为换向封隔器，上面油层由油管生产，下面油层由套管生产。
管柱结构如图１－所示。
适用于下层地层能量大于上层能量的自喷井。
换向油管堵塞器技术规范：堵塞器总长184mm外径46mm下层生产孔直径14mm上层生产孔直径14mm３．上下油层轮换分采油井内下入一级封隔器，将上，下油层隔开。
封隔器上面接轮换采油工作筒。
轮采芯子有直孔和斜孔两种。
当需要采上层时，采用侧孔芯子；当需要采下层时，采用直孔芯子。
这种方法适用于两套油层，需要两套油层分别轮换生产的自喷井。
管柱结构见图１－。
轮采芯子的技术规范：芯子总长282mm卡头外径42mm内径18mm轮采芯子外径39mm4．技术要求（1）油套管分层采油一般只能用于两套油层油井的分采。
（2）除轮换分采外，由于油流皆要通过油、套管环形空间，对于结蜡严重的井不宜采用。
自喷采油及安全要求
自喷采油及安全要求引言自喷采油是一种常用于油田开发的技术方法，能够提高油井的采油效率。
然而，由于采油过程中涉及许多风险因素，必须严格遵守安全要求，以保障生产人员和设备的安全。
本文将介绍自喷采油的工作原理，以及在执行采油操作时需要遵守的安全要求。
自喷采油的工作原理自喷采油技术是利用地下高压气体的力量将油井中的石油推向地面的一种方法。
其主要原理是利用压力差将气体注入井口，通过气体的推动作用，将油井中的油推到地面上。
自喷采油系统由以下几个主要组成部分构成： 1. 供气系统：用于将高压气体输送到井口。
2. 气液增压系统：将高压气体和液体混合后，增压送入井下。
3. 注汽系统：将气体和液体混合进入井井筒，并产生压力驱动地下油层中的油。
4. 减压系统：将采出的油气减压，减少对设备和管道的损害。
自喷采油的安全要求在进行自喷采油操作时，必须严格遵守以下安全要求，以确保采油过程的安全性。
1. 管道和设备的维护采油过程中使用的管道和设备必须定期进行维护和检修，确保其正常运行。
对于老化或存在损坏的管道和设备，必须及时更换或修复，以防止发生泄露或其他安全事故。
2. 定期检测和维护阀门阀门在自喷采油系统中起着重要的作用，它们可用于控制和调节气体和液体的流量。
定期检查和维护阀门，确保其正常运行，并及时更换老化或存在故障的阀门，以防止泄露和其他安全事故的发生。
3. 操作人员的培训与安全意识自喷采油操作需要经过专门的培训才能进行。
操作人员必须熟悉采油系统的工作原理和操作流程，并具备相关的安全意识。
他们应该了解紧急情况的应对措施，以及如何使用安全设备和工具。
4. 定期检测井筒和井口的安全状况井筒和井口是采油过程中容易发生事故的地方。
因此，必须定期进行检测，确保其安全状况良好。
如发现井筒存在坍塌、裂缝或其他损坏现象，必须立即采取措施进行修复，以防止发生意外事故。
5. 严格遵守作业规程和防火要求在进行自喷采油操作时，必须严格遵守作业规程和防火要求。
采油方法基础知识
采油方法基础知识采油方法，就是指把地下四周油层内流到井底的原油采到地面所使用的方法，一般包括自喷采油和机械采油两种。
1.自喷采油自喷采油是指依靠油藏本身的能量使原油喷到地面的采油方法。
一口油井用钻井的方法钻孔、下入套管连通到油层后，原油就会像喷泉那样沿着油井的套管自动向地面喷射出来。
油层内的压力越大，喷出来的油就越快越多。
这种靠油层自身的能量将原油举升到地面的能力，称为自喷，用这种办法采油就称为自喷采油。
这种采油方法常发生在油井开发初期。
油井在油藏开发初期为什么会自喷呢?石油和天然气深埋于地下封闭的岩石孔隙中，在上覆地层的重压下，它们与岩石一起受到压缩，从而集聚了大量的弹性能量，形成高温高压区。
当油层通过油井与地面连通后，在弹性能量的驱动下，石油、天然气必然向处于低压区的井简和井口流动。
这就像一个充足气的汽车轮胎一样，当拔掉气门芯后，被压缩的空气将喷射而出。
油层与油井的沟通一般情况下靠射孔完成，射孔一旦完成，就像拔掉了封闭油层的气门芯，油气将通过油井喷射到地面。
自喷井的产量一般来说都是比较高的。
例如，中东地区有些油井每口油井日产油可高达(1~2)x104t。
我国华北油田开发初期，很多油井日产千吨以上，大庆油田的高产井日产200~300t。
据统计，目前世界有50%~60%的原油是靠自喷方法开采出来的，特别是中东地区，大多数油井有旺盛的自喷能力。
这种方法不需要复杂昂贵的设备，油井管理也比较方便，是一种高效益的采油方法。
因此，在油田开发过程中，人们都设法尽可能地保持油井长期自喷。
但到了油藏开发的中后期，油层的压力会逐渐减小，不足以再将地层内的原油驱替到井底并举升到地面,这时就需要给油层补充能量，如注人水或注入天然气等，增加油层的压力，以此延长油井的自喷期。
2.机械采油机械采油指借助外界能量将原油采到地面的方法，又称为人工举升采油方法。
随着油田的不断开发，地下地层能量逐渐消耗，油井最终会停止自喷。
由于地层的地质特点，有的油井一开始就不能自喷。
自喷采油
(1). 油层渗流——从油层到井底的流动； (2). 垂直管流——从井底到井口的流动； (3)嘴流——通过油嘴的流动 (4) 水平(斜)管流—从井口到分离器的流动。 自喷采油的动力是什么? 原油依靠油层所提供的压能(压力) 自喷采油设备简单、管理方便、经济效益好
井底压力 油层压力
能量:井口油压 消耗:油嘴节流损失 压力损失：5%～30%
完井方式
完井方式：
是指油层与井底的连通方式、井底结构及完井工艺。
完井方式选择的要求：
(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；
(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小； (3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰； (4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，确保油井长期生产； (5)应具备便于人工举升和井下作业等条件； (6)施工工艺简便，成本低。
间歇气举
常规有杆泵 利用抽油杆传递能量
地面驱动螺杆泵 电动潜油离心泵
自喷井井场流程
作用： （1）控制和调节油井产量 （2）录取油井的动态资料，如：油、套压，计量油气产量、井口取样等 （ 3）对油井产物和井口设备进行加热保温。
井场流程
井口装置
一、井口装置
井口装置
套管头 油管头 采气树
作用： 悬挂油管，密封油套管环形空间，通过油管或油套管环形空间进行 采气、压井、洗井、酸化、加注防腐剂等作业，控制气井的开关， 调节压力和流量。
2.流动型态的变化 ① 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然 气溶解在原油中，产液呈单相液流。V
小,Pf较小。
2.流动型态的变化
②泡流
井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从 油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。 滑脱现象： 混合流体井筒流动过程中，由于流体间的密 度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体
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(1)纯液流
条件: p >pb
特点: 气体处于溶解状态,不作功； ρ较大, 能耗较大。
(2)泡流
条件: p < pb
特点： 油---连续相， 气---非连续相； 气体举油的作用: 摩擦携带, 所以举油效果很小。 能耗: 重力 摩擦 滑脱
滑脱现象----在混合物向上运动的同时，气泡的速度大于液相 的上升速度，气泡从油中超越而过，这种气体超 越液体的现象称为滑脱现象。
流体从地层流到井 底时，井底压力与 流量之间的关系
产能方程
地层渗流渗流力学 5
流入动态曲线 (Inflow Performance Relationship Curve)
————油井产量与井底流动压力的关系曲线,简称为IPR曲线。 * IPR曲线的基本形状与油藏的驱动类型有关 * 它反映了油藏向该井供油的能力
(5)雾流 气体膨胀，流速加快，油微滴分散在气流中，管壁油膜变薄。
特点：气体----连续相，液体----非连续相
能耗: 摩擦为主, 滑脱损失消失
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6.混气液流沿垂直管上升中的能量消耗
(1)重力消耗
ph 0.0098 mH
m LHL g 1 HL
ρm、ρL、ρg----分别为混合物、液、气的密度;kg/m3
pfr
10 3
Lv 2 2d
pwf＞0.0098Hρ＋pfr + pwh (2)当pwf> pb> pwh 或pwf<= pb 时, 油管内为两相流动
能量来源: 井底流动压力pWf (静水压力), 气体膨胀能量
能量消耗: 重力 摩擦 滑脱
* 气体膨胀能能否作功取决于油气在油管中的流动结构。
12
5.气液混合物在垂管中流动的结构
6
单相流体的流入动态
q0 J ( ps pwf )
令 J
2k h
a
oBo (ln x b s)
J q0
( ps pwf )
单相流产能方程
物意
它是一个反映油层 性质、流体参数、完井 条件及泄油面积等与产 量之间关系的综合指标
采油指数————每增加单位生产压力差时，油井的产量。
J的数值：实测IPR曲线斜率的负倒数。
2
(2-6)
式中：q0 ─ m3/d； q0max──井底流压为零时的最大日产量(也叫无阻流量)，m3/d。 Pwf———完善井的井底流压，Pa；
非完善井
pwf pwf实际 psk
psk
——非完善井表皮附加压力降，Pa； psk
q0 0 B0 2kh
s
9
IPR曲线
10
4、井筒内气液两相流动
从油层流到井底的剩余压力称为井底压力(•或井
底流动压力，简称油压)。对某一油层来说， 在一
定的开采阶段，油层压力相对稳定于某一数值，如
改变井底压力就可改变产量的大小，井底压力变大，
则产出量就要减少。可见油从油层流入井底的过程
中井底压力是阻力，而对油气在垂直管上升过程来
说，井底压力则是把油气举出地面的动力。把油气
1
当油层的能量较低不足以维持自喷时，则需利用一定的
机械设备给井底的流体补充能量，才能把原油举升出井口，
这种采油方法称为人工举升方法。如果补充能量的方式是将
天然气加压注入井底进行举油，这种采油方式称为气举采油，
这样的生产井称为气举井。
2、自喷井的四动过程：从油层
到井底的流动——油层中的渗流；从井底到井口的流动——
井筒中的流动；从井口到分离器——在地面管线中的水平或
倾斜管流。对自喷井，原油到井口后，还有通过油嘴的流
动——嘴流。所以自喷井从油层流到地面转油站可以分为四
个基本流动过程。如图2－1所示。
虽然四种流动过程各自遵循的规律不同，但具有共同的
特点：
2
（1）四种流动过程同处于一个动力系统中
4
(2)四种流动过程的能量来源与消耗
流动过程
地层渗流 垂直管流 嘴流 水平管流
流动规律
达西定律 伯诺利方程 管嘴流动 伯诺利方程
能量来源
PS Pwf Pt PB
剩 余 主要能耗 能耗比例
能量
Pwf 摩阻
10～30％
Pt 摩阻、重力 30～80％
PB 节流损失 5 ～30％
Pa 摩阻
5 ～10％
3、油井流入动态 油井流入动态曲线（IPR曲线） 描述
HL----持液率, 在气液两相流动中，液体所占单位管段容积的份额。
HL
(单位长度内液相容积 )p,T
滑脱损失----因滑脱现象而产生的附加压力损失
14
(3)段塞流 特点：油---连续相，气---非连续相； 气体举油的作用: 顶替与擦携带作用， 能耗: 重力 摩擦 滑脱(较小)
在油井井口中往往可以听到一会儿出油，一会儿出气的声音。
(4)环流
随p不断降低，油管中心为连续气流, 管壁上是一层油环
特点：油气两相都是连续的； 气体举油的作用: 摩擦携带。 能耗: 重力 摩擦
二、自喷采油原理
1、自喷井
油井在完井、测试后投入生产，按其举 油出井的方法不同，可分为自喷和人工举升 （又叫机械采油）采油方法两大类。如果油 层具有的能量足以把油从油层驱至井底，并 从井底把油举出井口，这种依靠油层自然能 量采油的方法称为自喷采油法，这种井称为
自喷井。自喷井的地面设备简单、容易管理、 产量较高，是最经济的采油方法。
* 可用来评价和分析油井的生产能力。
7
若为非达西渗流，则油井产量方程为
ps pwf Cq Dq 2
或
ps pwf C Dq q
ps pwf ~ q 呈线性关系。其斜率为D，其截距为C。
q
油气两相渗流时的流入动态
8
Vogel方程
qo qo m a x
1 0.2
pwf ps
0.8
pwf ps
在井筒中流动的大都是油-气-水三相混合物。
井筒两相流特性 1．井筒气液两相流能量的来源和消耗
当pWf >=pb时，油管内流体为单相流
压力平衡方程： pWf＝pH＋pfr＋pwh 或 pWf-pwh＝pH＋pfr
能量来源： pWf-pwh 能量消耗： 重力 pH=0.0098Hρ (kPa)
11
摩擦阻力 油井自喷条件:
推举到井口后剩余的压力称为井口油管压力（简称
油压），井口油管压力对油气在井内垂直管流来说
是一个阻力，而对嘴流来说又是动力。可见以上流
动过程是相互联系的同一个动力系统。其中井底压
力及井口油管压力的变化是油井分析管理工作中的
重要依据。
3
垂直管流
水平管流 嘴流
地层渗流
一般油井只有三个流动过程—— 地层渗流、垂直管流 和水平管流